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中文譯文
缸體機械加工工藝設(shè)計
發(fā)動機缸體是發(fā)動機零件中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的箱體零件，其精度要求高，加工工藝復(fù)雜，且加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動機整機性能，因此，它成為各發(fā)動機生產(chǎn)廠家所關(guān)注的重點零件之一。
1．發(fā)動機缸體的工藝特點
發(fā)動機缸體是發(fā)動機的基礎(chǔ)零件和骨架，同時又是發(fā)動機總裝配時的基準零件。缸體的作用是支承和保證活塞、連桿、曲軸等運動部件工作時的準確位置；保證發(fā)動機的換氣、冷卻和潤滑；提供各種輔助系統(tǒng)、部件及發(fā)動機的安裝。
1.1 工藝特點
缸體為一整體鑄造結(jié)構(gòu)，其上部有4個缸套安裝孔；缸體的水平隔板將缸體分成上下兩部分；缸體的前端面從前到后排列有三個同軸線的凸輪軸安裝孔和惰輪軸孔。
缸體的工藝特點是:結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜；加工的平面、孔多；壁厚不均，剛度低；加工精度要求高，屬于典型的箱體類加工零件。缸體的主要加工表面有頂面、主軸承座側(cè)面、缸孔、主軸承孔及凸輪軸孔等，它們的加工精度將直接影響發(fā)動機的裝配精度和工作性能，主要依靠設(shè)備精度、工夾具的可靠性和加工工藝的合理性來保證。
2．發(fā)動機缸體工藝方案設(shè)計原則和依據(jù)
工藝方案是工藝準備工作的總綱，是工藝規(guī)程設(shè)計和關(guān)鍵工藝裝備設(shè)計的指導(dǎo)文件。正確的工藝方案設(shè)計，有助于系統(tǒng)地運用新的科學(xué)技術(shù)成果和先進的生產(chǎn)經(jīng)驗，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，提高工藝技術(shù)和工藝管理水平。
2.1 工藝方案設(shè)計的原則
設(shè)計工藝方案應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，充分考慮生產(chǎn)周期、成本和環(huán)境保護；根據(jù)本企業(yè)能力，積極采用國內(nèi)外先進的工藝技術(shù)和裝備，不斷提高企業(yè)工藝水平。發(fā)動機缸體機械加工工藝設(shè)計應(yīng)遵循以下基本原則:
(1) 加工設(shè)備選型原則 加工設(shè)備選型采用剛?cè)峤Y(jié)合的原則，加工設(shè)各以臥式加工中心為主，少量工序采用立式加工中心，關(guān)鍵工序一曲軸孔、缸孔、平衡軸孔加工采用高精度高速臥式加工中心，非關(guān)鍵工藝一上下前后四個平面的粗銑采用高效并有一定調(diào)整范圍的專用機床加工；
(2) 集中工序原則 關(guān)鍵工序一機體缸孔、曲軸孔、平衡軸孔的精加工及缸蓋結(jié)合面的精銑，采用集中在一道工序一次裝夾完成全部加工內(nèi)容的方案，以確保產(chǎn)品精度滿足缸體關(guān)鍵品質(zhì)的工藝能力和有關(guān)技術(shù)要求；
(3) 全部夾具均采用液壓夾具，夾緊元件、液壓泵及液壓控制元件采用德國或美國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)可靠元器件；
(4) 整線全部采用濕式加工，采用單機獨立排屑，高精度關(guān)鍵加工工序的臥式加工中心采用恒溫冷卻并加裝高精度高壓雙回路帶旁通精過濾系統(tǒng)，加工中心全部帶有高壓內(nèi)冷。
根據(jù)汽車發(fā)動機缸體的工藝特點和生產(chǎn)任務(wù)要求，發(fā)動機缸體機械加工自動生產(chǎn)線由臥式加工中心CWK500和CWK500D加工中心、專用銑/鏜床、立式加工中心matec-30L等設(shè)備組成。
(1) 頂?shù)酌婕巴呱w止口面粗銑組合機床 本機床為雙面臥式專用銑床，采用移動工作臺帶動工件，機床采用進口西門子S7-200PLC系統(tǒng)控制，機床設(shè)獨立電控柜，切削過程自動化完成，有自動和調(diào)整兩種狀態(tài)；
(2) 高速臥式加工中心CWK500 該加工中心可實現(xiàn)最大流量的濕加工，但由于設(shè)備自動排屑處理系統(tǒng)是通過位于托盤下的內(nèi)置寬式排屑器而完成，該加工中心可以進行干加工；機床主軸轉(zhuǎn)速6000r/min，快速進給速度38m/min；
(3) 前后端面粗銑組合機床 機床采用液壓傳動；控制系統(tǒng)采用進口西門子S7-200PLC系統(tǒng)控制，機床具有一定的柔性；
(4) 專用機床TXK1500 本機床由立式加工中心改造而成型，具備立式加工中心的特點及性能，該機床具有高強度、高耐磨度、高穩(wěn)定性、高精度、高配置等優(yōu)點；
(5) 高速立式加工中心matec-30L 該加工中心主軸最高轉(zhuǎn)速9000r/min。控制系統(tǒng)采用西門子公司SINUMERIK840D控制系統(tǒng)；
(6) 高速臥式加工中心CWK500D 主軸最高轉(zhuǎn)速15000r/min。
2.2 工藝方案設(shè)計的依據(jù)
影響發(fā)動機缸體零件的工藝方案設(shè)計因素是多方面的。具體地說，可以從以下幾個方面理解。
(1) 產(chǎn)品對象、產(chǎn)品圖樣和有關(guān)技術(shù)文件根據(jù)發(fā)動機缸體的復(fù)雜程度、精度要求等采取相應(yīng)的工藝措施。生產(chǎn)對象為四缸汽車發(fā)動機缸體；
(2) 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)性質(zhì)和生產(chǎn)類型該發(fā)動機缸體年生產(chǎn)綱領(lǐng)為40000萬件；
(3) 工作制度設(shè)備年有效工作日為320天，平均設(shè)備負荷率為80%,兩班制，16小時/天。
3．發(fā)動機缸體機械加工工藝設(shè)計的主要內(nèi)容
發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，尺寸較大，是薄壁零件，有若干精度要求較高的平面和孔。發(fā)動機缸體機械加工的工藝特點是:主要是平面和孔的加工，加工平面一般采用刨、銑削等方法加工，加工孔主要采用鏜削，加工小孔多用鉆削。由于缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此如何保證各表面的相互位置精度是加工中的一個重要問題。
3.1 毛坯的選擇
發(fā)動機缸體采用的材料一般是灰鑄鐵HT150、HT200、HT250，也有采用鑄鋁或鋼板的，此發(fā)動機缸體采用高強度合金鑄鐵。缸體在加工前進行時效處理，以消除鑄件內(nèi)應(yīng)力和改善毛坯的力學(xué)性能。
提高毛坯精度，減少加工余量，是提高自動生產(chǎn)線系統(tǒng)生產(chǎn)率及加工質(zhì)量的重要措施。由于國外箱體類零件毛坯質(zhì)量和精度較高，其生產(chǎn)線系統(tǒng)己實現(xiàn)了毛坯直接上線，既省去了毛坯檢查裝置，也節(jié)省了由于毛坯質(zhì)量問題而浪費的加工工時，提高了綜合效益。因此，精化毛坯是提高生產(chǎn)率最有潛力的出路。對于發(fā)動機缸體生產(chǎn)線，可在零件上線前粗銑六個面，去除大部分余量，便于零件直接上線。
3.2 機械加工工藝基準的選擇與加工
選擇合理的加工工藝基準，直接關(guān)系到能否保證零件的加工質(zhì)量。一般地說，工藝基準可分為粗基準和精基準。
(1) 粗基準對于上線的毛坯，其粗基準的選擇尤為重要，如果粗基準選擇不合理，會使加工余量分布不均勻，加工面偏移，造成廢品。在缸體生產(chǎn)線中，我們采用側(cè)面為粗基準；
(2) 精基準對于發(fā)動機缸體這種箱體零件來說，一般采用“一面兩銷”為全線的統(tǒng)一基準。對于較長的自動生產(chǎn)線系統(tǒng)，由于定位銷孔在使用過程中的磨損造成定位不準確，因此，將定位銷孔分為2-3段使用。在缸體定位銷孔的加工中，我們采用了以側(cè)面、底面和主軸孔定位，在加工中心上加工。
3.3 機械加工加工階段的劃分和工序的安排
一個零件往往有許多表面需要加工，當(dāng)然表面的加工精度是不同的。加工精度較高的表面，往往要經(jīng)過多次加工；而對于加工精度低的表面，只需要經(jīng)過一兩次就行了。因此，擬訂工藝順序時，要抓住“加工精度高的表面”這個矛盾，合理安排工序和合理劃分加工階段。安排工藝順序的原則是:先粗后精，先面后孔，先基準后其它。在發(fā)動機缸體的機械加工中，同樣應(yīng)遵循這一原則。
(1) 粗加工階段 在發(fā)動機缸體的機械加工過程中，安排粗加工工序，對毛坯全面進行粗加工，切去大部分余量，以保證生產(chǎn)效率；
(2) 半精加工階段 在發(fā)動機缸體的機械加工中，為了保證一些重要表面的加工精度，安排一些半精加工工序，將精度和表面粗糙度要求中等的一些表面加工完成，而對要求高的表面進行半精加工，為以后的精加工做準備；
(3) 精加工階段 對精度和表面粗糙度要求高的表面進行加工；
(4) 次要小表面的加工 如螺紋孔，可以在精加工主要表面后進行，一方面加工時對工件變形影響不大，同時廢品率也降低；另外，如果主要表面出廢品后，這些小表面就不必再加工了，從而避免浪費工時。但是，如果小表面的加工很容易碰傷主要表面時，就應(yīng)該把小表面加工放在主要表面的精加工之前；
(5) 輔助工序也要妥善安排 如檢驗工序，在零件粗加工階段之后，關(guān)鍵工序加工前后，零件全部加工完畢后，都要適當(dāng)安排。
對加工階段進行劃分，具有以下好處:首先，可以在粗加工后采取措施消除工件內(nèi)應(yīng)力，保證精度；其次，精加工放在后面，不至于在運輸過程中損壞工件己加工表面；再次，先粗加工各面，可以及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并及時處理，不會浪費工時。不過對于一般小工件就不要分得很細。
3.4 缸體的主要加工表面和輔助工序
缸體主要加工表面和輔助工序有:
(1) 平面加工 目前，銑削是發(fā)動機缸體平面加工的主要手段，國內(nèi)銑削進給量一般為300-400mm/min，與國外銑削進給量2000-4000mm/min相比，相差甚遠，有待于提高，因此，提高銑削進給量，縮短輔助時間，是提高生產(chǎn)效率的主要途徑，發(fā)動機缸體精加工一些平面時的銑削進給量達到2399 mm /min，大大提高了效率；
頂面的銑削是缸體加工中的一個關(guān)鍵工序，其平面度要求為0.02/145mm，表面粗糙度為Ra1.6um。在缸體的加工中，采用側(cè)面和主軸軸承孔定位，頂面、底面和中間瓦蓋止口面同時加工，在加工中采用線外對刀裝置，能較好地滿足發(fā)動機缸體加工精度要求；
(2) 一般孔系的加工 一般孔系的加工仍采用傳統(tǒng)的鉆、擴、鏜、鉸、攻絲等工藝方法。課題在設(shè)計具體的工藝方案時，采用涂層刀具、內(nèi)冷卻刀具等先進刀具，并采用大流量冷卻系統(tǒng)，大大提高了切削速度，提高了生產(chǎn)率；
(3) 深油孔加工 傳統(tǒng)的加工方法是采用麻花鉆進行分級進給，其生產(chǎn)效率低，加工質(zhì)量差。在發(fā)動機缸體深油孔的加工中，采用槍鉆工藝；
(4) 三軸孔的加工 三軸孔的加工為缸體孔系加工中精度要求高，工時長的限制性工序。因此，工序安排、加工方法、刀具等都應(yīng)特別注意。合蓋前加工，即缸體半圓孔和主軸承蓋的荒加工，其主要目的是去除毛坯余量、釋放應(yīng)力，為后序加工做準備；在加工中心上加工曲軸孔時，采用雙面鏜孔，先在曲軸孔一端鏜孔到1/2長度時，然后工作臺回轉(zhuǎn)180度，從另外一端再鏜另一1/2長。
(5) 缸孔的加工 缸孔的加工是缸體機械加工中的關(guān)鍵工序之一，一般情況下，其加工工藝過程為粗鏜、半精鏜、精鏜和珩磨。為及早發(fā)現(xiàn)缸孔內(nèi)壁的鑄造缺陷，消除應(yīng)力，應(yīng)盡量提前粗鏜缸孔；由于缸孔的結(jié)構(gòu)特點不同，需采用珩磨工藝，以提高缸孔表面質(zhì)量。在大批量生產(chǎn)中，缸孔的珩磨一般采用多軸珩磨機或珩磨自動線。在此我們采用珩磨自動線，由粗珩.精珩和檢測三臺設(shè)備組成；
(6) 清洗 清洗分為濕式清洗和干式清洗。缸體機械加工自動生產(chǎn)線采用大流量濕式清洗；
(7) 檢測 檢測分在線檢測和線外檢測兩種。在發(fā)動機缸體的質(zhì)量檢測中，根據(jù)實際情況采用線外檢測，主要采用三坐標(biāo)測量機對缸體進行綜合測量，每200件抽查1-5件，每班抽查一件。
3.5 缸體加工切削用量的選擇
發(fā)動機缸體切削用量的選擇包括切削速度、進給量和進給速度的選擇。由于加工中所使用的設(shè)備都是具有較高精度和剛度的機床和高速加工中心，為保證切削加工的效率，可以適當(dāng)選擇較大的切削用量。發(fā)動機缸體的主要加工表面為平面和軸承孔、缸孔等孔的加工，而平面和軸承孔、缸孔的加工方式主要是銑削和鏜削，因此這里討論的切削用量的選擇主要是銑削和鏜削切削用量的選擇。
(1) 銑削量的選擇 銑削用量的選擇直接關(guān)系到銑削效果的好壞。一般地說，銑削用量的選擇原則是:端面銑刀銑削時首先應(yīng)盡可能取較大的銑削深度和銑削寬度，然后盡可能選取較大的銑削速度。在具體選擇銑削用量時所涉及的因素很多，但總的來說，粗銑時工件余量大，加工要求低，主要考慮銑刀的耐用度；精銑時余量小，加工精度要求高，主要考慮加工質(zhì)量的提高；
在發(fā)動機缸體的銑削加工中，選用的機床為具有高剛度的高速機床，功率大，剛性好，因而選擇了比較大的切削用量。
(2) 鏜削用量的選擇 鏜削用量的選擇根據(jù)粗、精加工工藝的不同而不同。粗加工時，選用較大的切削深度，精加工時，選用較小的切削深度。切削深度確定以后，盡可能選用較大的切削用量。在切削深度和進給量選定以后，可在保證刀具合理耐用度的條件下，用計算或查表的方法來確定切削速度。一般地，粗加工時，選擇較低的切削速度，精加工時，選用較高的切削速度。
在發(fā)動機缸體的鏜削加工中，選用的機床為具有高剛度的高速機床，功率大，剛性好；刀具為國外先進的刀具，質(zhì)量高，剛性好，因而選擇了比較大的切削用量。
4．小結(jié)
通過對發(fā)動機缸體的結(jié)構(gòu)和工藝特點進行分析，論述了發(fā)動機缸體機械加工工藝方案設(shè)計的原則和依據(jù)以及切削用量的選擇，并以高速銑削和調(diào)頭鏜孔為例，設(shè)計、分析了發(fā)動機缸體的高速銑削和調(diào)頭鏜孔工藝過程，及在加工中需要注意的問題。